【摘要】：隨著我國(guó)電力工業(yè)的快速發(fā)展，電網(wǎng)大規(guī)模廣域互聯(lián)和電力市場(chǎng)化改革的不斷深入，以及間歇性可再生能源的大量接入，使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行點(diǎn)愈來(lái)愈接近穩(wěn)定極限，而自然災(zāi)害多次造成區(qū)域電網(wǎng)電壓崩潰事故發(fā)生，這些都導(dǎo)致電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定問(wèn)題比以往更加突出。通常情況下，電網(wǎng)發(fā)生電壓失穩(wěn)之前，由于母線電壓相角、電網(wǎng)頻率甚至電壓幅值都相對(duì)穩(wěn)定，系統(tǒng)中的保護(hù)和預(yù)警裝置無(wú)法做出預(yù)判或動(dòng)作。因此，如何準(zhǔn)確地在線判別和預(yù)測(cè)復(fù)雜運(yùn)行條件下區(qū)域電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性已成為電力調(diào)度部門所面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。同步相量測(cè)量技術(shù)為基于廣域同步測(cè)量數(shù)據(jù)的區(qū)域電網(wǎng)電壓穩(wěn)定動(dòng)態(tài)分析與預(yù)測(cè)提供了條件，本文在同步相量測(cè)量算法研究的基礎(chǔ)上，研究建立電壓穩(wěn)定動(dòng)態(tài)特性分析與預(yù)測(cè)模型，進(jìn)而研制區(qū)域電網(wǎng)電壓穩(wěn)定在線判別和預(yù)測(cè)系統(tǒng)，為電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定控制提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。 本文的主要研究?jī)?nèi)容有： （1）針對(duì)DFT算法在采樣信號(hào)頻率變化時(shí)因頻率泄漏及頻率失配造成的測(cè)量誤差，研究PMU（Phasor Measuring Unit，同步相量測(cè)量單元）同步采集各相電壓、電流信號(hào)噪聲含量及其動(dòng)態(tài)特性在線估計(jì)模型，采用動(dòng)態(tài)特性方差和噪聲方差兩個(gè)參數(shù)對(duì)采樣系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行量化，并在此基礎(chǔ)上建立頻率自適應(yīng)模型及其求解算法，使頻率跟蹤算法在動(dòng)態(tài)條件下具有快速的跟蹤特性和有較好的抗噪特性；研究采樣信號(hào)動(dòng)態(tài)特性和衰減直流分量之間相互作用關(guān)系，建立基波信號(hào)直流分量跟蹤模型及算法，進(jìn)而研究建立動(dòng)態(tài)基波濾波算法，實(shí)現(xiàn)電流、電壓相量衰減直流分量動(dòng)態(tài)特性估計(jì)，將自適應(yīng)頻率跟蹤模型與直流分量跟蹤模型結(jié)合；研究建立基于DFT的改進(jìn)頻率跟蹤算法，得到精確的同步相量測(cè)量結(jié)果。 （2）研究電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)及其薄弱性指標(biāo)的非線性規(guī)劃模型與評(píng)估方法，建立識(shí)別節(jié)點(diǎn)電壓薄弱狀態(tài)的解析指標(biāo)及其求解算法，并在此基礎(chǔ)上研究建立區(qū)域電網(wǎng)PMU監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化配置方法。針對(duì)電壓失穩(wěn)先局部擴(kuò)散后全局崩潰的特性，研究特定區(qū)域電力系統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)下，電網(wǎng)各元件和負(fù)荷的動(dòng)態(tài)過(guò)程與電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓間非線性作用關(guān)系�；趨^(qū)域電網(wǎng)數(shù)值仿真數(shù)據(jù)，研究系統(tǒng)逼近電壓失穩(wěn)臨界狀態(tài)過(guò)程與電壓薄弱狀態(tài)指標(biāo)間關(guān)系模型，建立以靈敏度dV i/dQi指標(biāo)的大小為基礎(chǔ)，同時(shí)采用表征各節(jié)點(diǎn)靈敏度變化快慢的靈敏度變化率指標(biāo)的電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓薄弱程度判別模型，實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)薄弱節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確識(shí)別。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)可觀測(cè)性和電壓穩(wěn)定性兩方面因素，研究建立基于電壓薄弱區(qū)域監(jiān)視的非完全可觀測(cè)PMU監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化配置方法。 （3）研究基于同步相量測(cè)量數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)電壓快速在線判別模型及求解算法，研究電壓穩(wěn)定軌跡的非線性時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型及求解方法。針對(duì)同步測(cè)量的電網(wǎng)局部節(jié)點(diǎn)相量測(cè)量數(shù)據(jù)，采用節(jié)點(diǎn)及與其相關(guān)聯(lián)的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的同步電壓、電流相量，通過(guò)阻抗模和P Q解耦算法得到電網(wǎng)實(shí)時(shí)等值模型參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上將整個(gè)系統(tǒng)等值為一簡(jiǎn)單的兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，研究建立包含負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的戴維南等值模型，并根據(jù)等值模型阻抗模極限值推導(dǎo)出電網(wǎng)電壓穩(wěn)定在線判別指標(biāo)，對(duì)電網(wǎng)電壓水平做出快速判別。針對(duì)電網(wǎng)電壓、電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究電網(wǎng)動(dòng)態(tài)電壓非線性時(shí)間序列分析方法，并重構(gòu)出電壓穩(wěn)定非線性系統(tǒng)相空間，對(duì)重構(gòu)相空間中相點(diǎn)變化軌跡的預(yù)測(cè)模型及模型參數(shù)進(jìn)行確定，建立電壓穩(wěn)定的全局預(yù)測(cè)模型，采用支持向量機(jī)模型對(duì)動(dòng)態(tài)電壓非線性時(shí)間序列全局預(yù)測(cè)模型中非線性映射進(jìn)行求解，建立非線性時(shí)間序列相空間中相軌跡的非線性回歸求解方法，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定軌跡的預(yù)測(cè)。 （4）結(jié)合電網(wǎng)廣域測(cè)量系統(tǒng)（Wide Area Measurement System，WAMS）要求及實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行條件，研究建立區(qū)域電網(wǎng)電壓穩(wěn)定判別系統(tǒng)，完成了區(qū)域電網(wǎng)電壓穩(wěn)定在線判別與預(yù)測(cè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)。在研究建立了區(qū)域電網(wǎng)單一節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定在線判別模型、多節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定在線辨識(shí)模型和電網(wǎng)電壓穩(wěn)定非線性時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上，建立電壓穩(wěn)定判別系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及算法，以開發(fā)改進(jìn)頻率跟蹤數(shù)據(jù)采集算法和電壓穩(wěn)定判別系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為核心，DSP技術(shù)、Visual C++技術(shù)和Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為基礎(chǔ)的區(qū)域電網(wǎng)電壓穩(wěn)定判別應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)區(qū)域電網(wǎng)電壓穩(wěn)定狀態(tài)及其相關(guān)參數(shù)做出在線判別及中短期預(yù)測(cè)，為電網(wǎng)運(yùn)行管理部門提供電壓穩(wěn)定性實(shí)時(shí)判別及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，作為電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定控制策略調(diào)整的參考和指導(dǎo)。 （5）按照國(guó)家電網(wǎng)公司“電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制技術(shù)規(guī)范（Q/GDW747-2012）”技術(shù)要求，結(jié)合遼寧電網(wǎng)電壓穩(wěn)定控制的實(shí)際情況，將區(qū)域電網(wǎng)電壓穩(wěn)定判別系統(tǒng)應(yīng)用于電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行管理系統(tǒng)當(dāng)中。本文研究開發(fā)的區(qū)域電網(wǎng)電壓穩(wěn)定判別應(yīng)用系統(tǒng)，于2012年6月在500kV變電站成功投入運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)硬件和軟件運(yùn)行性能穩(wěn)定，電壓穩(wěn)定在線判別和預(yù)測(cè)預(yù)警結(jié)果合理。本文研究建立的區(qū)域電網(wǎng)電壓穩(wěn)定判別系統(tǒng)及其電壓穩(wěn)定性在線判別參數(shù)和預(yù)測(cè)結(jié)果能夠滿足電網(wǎng)電壓穩(wěn)定控制工作的實(shí)際工程要求。
【圖文】：

不僅對(duì)我國(guó)電網(wǎng)同步相量測(cè)量及廣域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向和目標(biāo)作出了規(guī)劃，還提出了近期和遠(yuǎn)期兩個(gè)具體目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)方式，也從電網(wǎng)規(guī)模和互聯(lián)程度不斷增長(zhǎng)的角度，對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程復(fù)雜性及實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與控制的重要性進(jìn)行全面闡述。電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與控制是針對(duì)電力系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程，而暫態(tài)過(guò)程的產(chǎn)生、發(fā)展和結(jié)束都是在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)，，若要對(duì)電力系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行控制，必須要保證電網(wǎng)參數(shù)采集、電網(wǎng)狀態(tài)計(jì)算、控制措施實(shí)施以及狀態(tài)參數(shù)反饋等各個(gè)過(guò)程和環(huán)節(jié)在 1s甚至更短的時(shí)間內(nèi)完成。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式和數(shù)字信號(hào)處理算法下，無(wú)法滿足上述對(duì)信息處理速度的要求，另一方面，在光纖通信成為主流信息傳輸方式之前，多個(gè)PMU 之間的數(shù)據(jù)交換速度也同樣無(wú)法滿足電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程控制的時(shí)間要求。也就是說(shuō)，基于 PMU 裝置構(gòu)建的廣域?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng) WAMS，能否真正具有對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程的控制能力，一方面取決于這一系統(tǒng)中的 PMU 裝置是否具備了高速高精度的狀態(tài)參數(shù)采集、快速準(zhǔn)確信號(hào)處理算法以及高速的數(shù)據(jù)傳輸?shù)饶芰�，同時(shí)也取決于整個(gè) WAMS 系統(tǒng)是否具有快速的電網(wǎng)全狀態(tài)方程求解、控制策略選擇以及控制信息傳輸能力[31-36]。典型的 WAMS 系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示。

圖 2.1 觀測(cè)時(shí)間間隔不等于信號(hào)周期整數(shù)倍時(shí)的相位測(cè)量hase measurement with an observation time interval not equal to the multiple of s步相量的定義一信號(hào) ( ) cos( )mx t X t 模型而言，可用一個(gè)相量表示，即下式( / 2)(e )( / 2)(cos sin )R ljmmX X jXXX j 表達(dá)式中， / 2mX 為信號(hào)模型 x (t)的有效值；信號(hào)在工頻狀態(tài)下，絕對(duì)相位都用 來(lái)表示。秒脈沖出現(xiàn)所測(cè)信號(hào)一周波的不同位置時(shí)相位角度是不同的，典型的采樣情況是使得秒脈沖盡可能出現(xiàn)在信處或是信號(hào)一周波內(nèi)過(guò)零點(diǎn)處，例如，當(dāng) x (t )最大值是在秒脈沖上位角度為 0 度，而當(dāng) x (t )正向過(guò)零點(diǎn)同步于秒脈沖時(shí)，此時(shí)的相位如圖 2.2 所示。另外，所測(cè)相量頻率也會(huì)對(duì)角度發(fā)生影響，相量頻
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM712

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2564738